(57)【要約】【課題】  集束電極上に残留する電子放出物質から電子が放出されることを抑制して表示特性を向上させることができる電子放出素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明は集束電極上に残留する電子放出物質から電子が放出されることを抑制して表示特性を高めるための電子放出素子及びその製造方法を提供する。本発明による電子放出素子は、基板上に形成されるカソード電極と、第１絶縁層を間に置いてカソード電極と他の層に位置するゲート電極と、カソード電極に電気的に連結される電子放出部と、第２絶縁層を間に置いて前記カソード電極及びゲート電極上に形成される集束電極とを含む。この時、集束電極は下部電極層と、下部電極層上の残留電子放出物質を覆いながら下部電極層上に形成される上部電極層からなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されるカソード電極と、
第１絶縁層を間に置いて前記カソード電極と他の層に位置するゲート電極と、
前記カソード電極に電気的に連結される電子放出部と、
第２絶縁層を間に置いて前記カソード電極及びゲート電極上に形成され、少なくとも二つの電極層の積層構造からなる集束電極とを含む電子放出素子。
【請求項２】
前記集束電極が前記第２絶縁層上に形成される下部電極層と、下部電極層上の残留電子放出物質を覆いながら下部電極層上で下部電極層より大きな面積を有して形成される上部電極層を含む、請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
基板上にカソード電極と第１絶縁層及びゲート電極を形成する段階と、
前記電極上に第２絶縁層と下部電極層を形成する段階と、
電子放出物質と感光性物質が含まれたペースト相混合物を前記基板に提供された構造物上に塗布し、塗布された混合物を露光を通じて部分硬化した後、硬化されなかった混合物を現像で除去し電子放出部を形成する段階と、
前記下部電極層上に上部電極層を形成し、下部電極層上の残留電子放出物質を覆う段階とを含む電子放出素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１絶縁層、ゲート電極、第２絶縁層及び下部電極層を形成する時、
前記カソード電極が形成された基板上に第１絶縁層と、開口部を有するゲート電極と、第２絶縁層と、開口部を有する下部電極層を順次に形成し、
前記下部電極層の開口部によって露出された第２絶縁層部位と、前記ゲート電極の開口部によって露出された第１絶縁層部位を順次にエッチングして第２絶縁層と第１絶縁層に開口部を形成する、請求項３に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項５】
前記第２絶縁層と第１絶縁層に開口部を形成した後、第２絶縁層開口部周囲の前記下部電極層一部を除去して下部電極層に第２絶縁層の開口部より大幅の開口部を形成する、請求項４に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項６】
前記電子放出物質としてカーボンナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイアモンド、ダイアモンド状カーボン、C６０及びシリコンナノワイヤーからなる群より選択される少なくとも一つの物質を使用する、請求項３に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項７】
前記カソード電極を透明導電膜で形成し、前記露光時に基板の後面に開口部を有する露光マスクを配置して前記開口部を通じて紫外線を選択的に透過させる、請求項３に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項８】
前記電子放出部を形成した後、電子放出部を保護層で覆う段階と、
前記上部電極層を形成した後、前記保護層を除去する段階をさらに含む、請求項３に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項９】
前記上部電極層を前記下部電極層より大きい面積に形成して上部電極層で下部電極層全体を覆う、請求項５に記載の電子放出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子放出素子に関し、より詳しくは電子放出を制御する駆動電極と共に電子を集束させる集束電極を備える電子放出素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に電子放出素子は電子源の種類によって熱陰極を利用する方式と冷陰極を利用する方式に分類することができる。
ここで、冷陰極を利用する方式の電子放出素子は電界放出アレイ（FEA）型、表面伝導エミッション（SCE）型、金属-絶縁層-金属（MIM）型及び金属-絶縁層-半導体（MIS）型などが知られている。
【０００３】
このうち、FEA型電子放出素子は仕事関数が低いか、縦横比の大きい物質を電子源として使用する場合、真空中で電界によって容易に電子が放出される原理を利用したもので、モリブデンまたはシリコンなどを主材質とする先端がとがっているチップ構造物やカーボンナノチューブ、黒鉛、ダイアモンド状カーボンのようなカーボン系物質を電子源として適用した例が開発されている。
通常のFEA型電子放出素子は真空容器を構成する両基板のうちの第１基板上に電子放出部が形成され、電子放出部の電子放出を制御する駆動電極としてカソード電極とゲート電極が形成され、第１基板に対向する第２基板の一面に蛍光層と共に蛍光層を高電位状態に維持させるアノード電極が備えられた構成になる。
また、電子放出部から放出される電子を集束させて電子ビームが拡散することを抑制するための目的で、前記電子放出部と駆動電極上に集束電極を形成した電子放出素子が開示されている。
【０００４】
上述した構成の電子放出素子における電子放出部を形成する方法には、直接成長法、化学気相蒸着法、スパッタリング法及びスクリーン印刷法のような多様な方法があるが、この中でスクリーン印刷法が大面積素子製作に有利で、工程が比較的に容易である長所がある。
従来スクリーン印刷法を利用した代表的な電子放出部形成方法は、（１）電子放出物質と感光性物質が含まれたペースト相混合物を製造する段階と、（２）前記混合物を第１基板に備えられた構造物上に塗布する段階と、（３）紫外線を特定部位に照射して混合物の一部を硬化させる段階と、（４）現像によって硬化されなかった混合物を除去する段階からなる。
【０００５】
ところが、前記段階を通じて電子放出部を形成した後には、電子放出部以外の部位に電子放出物質が残留してはならないことにもかかわらず、現像を通じて硬化されなかった混合物を除去する段階で集束電極上に電子放出物質が残留する場合が頻繁に発生する。
このように集束電極上に電子放出物質が残留すれば、電子放出素子の駆動時に集束電極とゲート電極間の電圧差によって集束電極上に残留された電子放出物質から電子が放出され、その結果、意図しなかった蛍光層発光を誘発し表示品質を低下させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、集束電極上に残留する電子放出物質から電子が放出されることを抑制して表示特性を向上させることができる電子放出素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、基板上に形成されるカソード電極と、第１絶縁層を間に置いてカソード電極と他の層に位置するゲート電極と、カソード電極に電気的に連結される電子放出部と、第２絶縁層を間に置いて前記カソード電極及びゲート電極上に形成され、少なくとも二つの電極層の積層構造からなる集束電極を含む電子放出素子を提供する。
前記集束電極は第２絶縁層上に形成される下部電極層と、下部電極層上の残留電子放出物質を覆いながら下部電極層上で下部電極層より大きな面積を有して形成される上部電極層を含む。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、基板上にカソード電極と第１絶縁層及びゲート電極を形成する段階と、電極上に第２絶縁層と下部電極層を形成する段階と、電子放出物質と感光性物質が含まれたペースト相混合物を基板に提供された構造物上に塗布し、塗布された混合物を露光を通じて部分硬化した後、硬化されなかった混合物を現像で除去して電子放出部を形成する段階と、下部電極層上に上部電極層を形成して下部電極層上の残留電子放出物質を覆う段階を含む電子放出素子の製造方法を提供する。
前記電子放出部を形成した後には電子放出部を保護層で覆い、上部電極層形成後に保護層を除去することができる。前記上部電極層を形成する時には下部電極層より大きい面積に形成して上部電極層が下部電極層全体を覆うようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による電子放出素子は、電子放出部形成後、下部電極層に電子放出物質が残留しても上部電極層が電子放出物質を覆って第１基板上に露出されないようにし、電子放出素子駆動時にこの電子放出物質から電子が放出されることを防止する。したがって、本発明による電子放出素子は画面の色純度と色再現率を高めるなど、表示特性が優秀になる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施形態をより詳細に説明する。
図１と図２は各々本発明の実施形態による電子放出素子の部分分解斜視図と部分断面図であり、図３は図２の部分拡大図である。
【００１１】
図面に示すように、電子放出素子は所定の間隔をおいて平行に対向配置される第１基板２と第２基板４を含む。この基板のうちの第１基板２には電子放出のための構成が提供され、第２基板４には電子によって可視光を放出し任意の発光または表示を行う構成が提供される。
【００１２】
より具体的に、第１基板２上にはカソード電極６が第１基板２の一方向（図面のy軸方向）に沿って帯状に形成され、カソード電極６を覆いながら第１基板２全体に第１絶縁層８が形成される。第１絶縁層８上にはゲート電極１０がカソード電極６と直交する方向（図面のx軸方向）に沿って帯状に形成される。
本実施形態でカソード電極６とゲート電極１０の交差領域を画素領域に定義すれば、カソード電極６上に各画素領域ごとに一つ以上の電子放出部１２が形成され、第１絶縁層８とゲート電極１０には各電子放出部１２に対応する開口部８a、１０aが形成されて第１基板２上に電子放出部１２が露出されるようにする。
【００１３】
図面では電子放出部１２が円形に形成され、各画素領域でカソード電極６の長さ方向に沿って一列に配列される構成を示した。しかし、電子放出部１２の平面形状と画素領域当り個数及び配列形態などは示した例に限定されない。
前記電子放出部１２は真空中で電界が加えられれば、電子を放出する物質、たとえばカーボン系物質またはナノメートルサイズの物質で構成される。電子放出部１２として使用するのに好ましい物質は、カーボンナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイアモンド、ダイアモンド状カーボン、C６０、シリコンナノワイヤー及びこれらの組合物質などがある。
【００１４】
なお、前記では第１絶縁層を間に置いてゲート電極がカソード電極上部に位置する構造を説明したが、その反対の場合、つまり、カソード電極がゲート電極の上部に位置する構造も可能である。この時には電子放出部がカソード電極の一側面と接触して位置することができる。
【００１５】
前記ゲート電極１０と第１絶縁層８上には第２絶縁層１４と集束電極１６が形成される。第２絶縁層１４と集束電極１６にも第１基板２上に電子放出部１２が露出されるようにする各々の開口部１４a、１６aが形成されるが、一例として、前記開口部１４a、１６aは画素領域当り一つが備えられて集束電極１６が一つの画素から放出される電子を包括的に集束するようにする。前記集束電極１６は第１基板２全体に形成されたり、所定のパターンに分けられて複数に形成され、後者の場合、図示は省略した。
【００１６】
また、前記集束電極１６は複数の電極層、一例として下部電極層１８と上部電極層２０が積層された構造からなる。下部電極層１８は電子放出素子の製作時に電子放出部１２形成段階前に形成され、上部電極層２０は電子放出部１２形成段階後に形成される。より好ましくは、上部電極層２０が下部電極層１８より小さい幅の開口部２０aを形成して開口部１８a側壁を含む下部電極層１８全体が第２基板４に向かって露出されないようにする。
したがって、電子放出部１２形成後、下部電極層１８上に電子放出物質が残留しても上部電極層２０が電子放出物質を覆って第２基板４に向かって露出されないようにすることによって、この電子放出物質から電子が放出されることを基本的に遮断する。図３に下部電極層１８上に残留した電子放出物質を概略的に示した。
さらに、本実施形態では集束電極１６が上部電極層２０と下部電極層１８の積層構造からなることによって、集束電極１６の全厚さが増加して電子ビーム集束効率が向上し、優れた表示特性を得ることができる。
【００１７】
そして、第１基板２に対向する第２基板４の一面には蛍光層２２と黒色層２４が形成され、蛍光層２２と黒色層２４上にはアルミニウムのような金属膜からなるアノード電極２６が形成される。アノード電極２６は外部から電子ビームの加速に必要な高電圧の印加を受け、蛍光層２２から放射された可視光のうちの第１基板２に向かって放射された可視光を第２基板４側に反射させて画面の輝度を高める役割を果たす。
【００１８】
なお、アノード電極は金属膜でないＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）のような透明な導電膜からなることができる。この場合、アノード電極は第２基板に向かった蛍光層と黒色層の一面に位置し、所定のパターンに区分されて複数形成することができる。
【００１９】
上述した第１基板２と第２基板４は、その間にスペーサ２８を配置した状態でガラスフリットと密封材によって周縁が一体に接合され、内部空間を排気させて真空状態に維持することによって真空容器を構成する。この時、スペーサ２８は黒色層２４が位置する非発光領域に対応して配置される。
【００２０】
上述した構成の電子放出素子は外部からカソード電極６、ゲート電極１０、集束電極１６及びアノード電極２６に所定の電圧を供給して駆動するが、一例としてカソード電極６とゲート電極１０には数乃至数十ボルトの電圧差を有する駆動電圧が印加され、集束電極１６には数乃至数十ボルトの（-）電圧が印加され、アノード電極２６には数百乃至数千ボルトの（+）電圧が印加される。
したがって、カソード電極６とゲート電極１０間の電圧差が臨界値以上である画素で電子放出部１２周囲に電界が形成されて、これから電子が放出され、放出された電子は集束電極１６を通過しながら集束された後、アノード電極２６に印加された高電圧に誘導されて対応する蛍光層２２に衝突することによって、これを発光させる。
【００２１】
次に、図４Ａ乃至図４Ｇを参照して上述した電子放出素子の製造方法について説明する。
まず、図４Ａに示すように第１基板２上に導電膜、一例として透明なITOをコーティングし、これを帯状にパターニングしカソード電極６を形成し、第１基板２全体に絶縁物質を塗布し第１絶縁層８を形成する。第１絶縁層８上に再び導電膜をコーティングし、これをカソード電極６と直交する方向に沿って帯状にパターニングしゲート電極１０を形成した後、カソード電極６との交差領域ごとに少なくとも一つの開口部１０aを形成する。
【００２２】
そして図４Ｂに示すように、第１絶縁層８とゲート電極１０上に再び絶縁物質を塗布して第２絶縁層１４を形成し、第２絶縁層１４上に導電膜をコーティングして下部電極層１８を形成した後、これをパターニングして開口部１８aを形成する。この時、カソード電極６とゲート電極１０が交差する画素領域ごとに下部電極層１８の開口部１８aを一つずつ形成することができる。
【００２３】
次いで、図４Ｃに示すように、第１基板２をエッチング液に浸して下部電極層１８の開口部１８aによって露出された第２絶縁層１４部位をエッチングし第２絶縁層１４に開口部１４aを形成し、続けてゲート電極１０の開口部１０aによって露出された第１絶縁層８部位をエッチングして第１絶縁層８に開口部８aを形成する。これによってカソード電極６の一部表面を露出させる。
その後、第２絶縁層１４開口部１４a周囲の下部電極層１８を一部除去して下部電極層１８に第２絶縁層１４の開口部１４aより大幅の開口部１８aを形成する。これはこの後下部電極層上に上部電極層を形成する時、上部電極層を下部電極層より大きな面積を有するように形成して上部電極層が下部電極層全体を効率的に覆うようにするためである。
【００２４】
次に、図４Ｄに示すように、電子放出物質と感光性物質を含むペースト相混合物を製造し、これを第１基板２に提供された構造物上の全体に塗布した後、第１基板２の後面に露光マスク３０を配置した状態で第１基板２の後面から紫外線（矢印で示す）を照射してカソード電極６上の特定部位の混合物を選択的に硬化させる。前記露光マスク３０は電子放出部形成位置に対応する開口部３０aを備えて、この開口部３０aを通じて紫外線を選択的に透過させる。
【００２５】
そして図４Ｅに示すように、現像を通じて硬化されなかった混合物を除去し、残った混合物を乾燥及び焼成して電子放出部１２を形成する。この時、硬化されなかった混合物を現像で除去する時、不回避に下部電極層１８上に一部電子放出物質が残留する。
【００２６】
次いで、図４Ｆに示すように、第１絶縁層８と第２絶縁層１４の開口部８a、１４aに保護層３２を形成して電子放出部１２を覆い、第１基板２に提供された構造物上の全体に導電膜３４をコーティングする。そして図４Ｇに示したように導電膜３４をパターニングして開口部２０aを有する上部電極層２０を形成し、保護層３２を除去して電子放出部１２を露出させる。
上部電極層２０に開口部２０aを形成する時には下部電極層１８の開口部１８aより小さい幅に形成して上部電極層２０が開口部１８a側壁を含む下部電極層１８全体を覆うようにする。つまり、上部電極層２０を下部電極層１８より大きな面積に形成する。したがって、上部電極層２０が下部電極層１８上に残留した電子放出物質を覆って電子放出素子が作用する時、この電子放出物質から電子が放出されることを基本的に遮断する。
【００２７】
最後に、第１基板上にスペーサを固定し、第２基板上に蛍光層と黒色層及びアノード電極を形成した後、ガラスフリットを利用し第１基板と第２基板の周縁を接合させ、内部空間部を排気させて電子放出素子を完成する。
【００２８】
前記では本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、当業者であれば、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することができ、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態による電子放出素子の部分分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態による電子放出素子の部分断面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態による電子放出素子の製造方法を説明するために示した各段階の概略図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による電子放出素子の製造方法を説明するために示した各段階の概略図である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態による電子放出素子の製造方法を説明するために示した各段階の概略図である。
【図４Ｄ】本発明の実施形態による電子放出素子の製造方法を説明するために示した各段階の概略図である。
【図４Ｅ】本発明の実施形態による電子放出素子の製造方法を説明するために示した各段階の概略図である。
【図４Ｆ】本発明の実施形態による電子放出素子の製造方法を説明するために示した各段階の概略図である。
【図４Ｇ】本発明の実施形態による電子放出素子の製造方法を説明するために示した各段階の概略図である。
【符号の説明】
【００３０】
２  第１基板
４  第２基板
６  カソード電極
８  第１絶縁層
８a、１０a  開口部
１０  ゲート電極
１２  電子放出部
１４  第２絶縁層
１６  集束電極
【図１】
2006244980.tif 000003
【図２】
2006244980.tif 000004
【図３】
2006244980.tif 000005
【図４Ａ】
2006244980.tif 000006
【図４Ｂ】
2006244980.tif 000007
【図４Ｃ】
2006244980.tif 000008
【図４Ｄ】
2006244980.tif 000009
【図４Ｅ】
2006244980.tif 000010
【図４Ｆ】
2006244980.tif 000011
【図４Ｇ】
2006244980.tif 000012